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大咖新著丨水泥基材料水分敏感性理論——低場磁共振技術(shù)創(chuàng)新應用
2024-07-18

水泥基材料幾乎所有性能均與孔和水密切相關(guān),對其孔結(jié)構(gòu)和含水量影響的相關(guān)認知是體積穩(wěn)定性與耐久性相關(guān)理論研究和技術(shù)開發(fā)的重要基礎。哈爾濱工業(yè)大學周春圣教授新著《水泥基材料水分敏感性理論——低場磁共振技術(shù)創(chuàng)新應用》剛面市不久,備受關(guān)注和稱贊。

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自19世紀上半葉硅酸鹽水泥和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被發(fā)明以來,水泥混凝土迅速成為基礎設施建設最重要的結(jié)構(gòu)材料,在可預見的未來依然不可替代。雖然混凝土材料科學技術(shù)已取得重要發(fā)展與進步,為我國基礎設施建設和社會經(jīng)濟發(fā)展做出了卓越貢獻,但在混凝土抗裂性和耐久性的保障提升方面依然面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。該書作者近年利用低場磁共振等技術(shù)進行研究發(fā)現(xiàn),水泥基材料具有孔結(jié)構(gòu)隨含水率顯著動態(tài)變化的水敏性,這打破了將混凝土視作與巖石類似剛性多孔介質(zhì)的傳統(tǒng)觀念,動搖了水泥基材料經(jīng)典理論的基礎。



雖然混凝土簡稱砼(人工石),但與巖石相比,水泥基材料有其特殊之處,如納米尺度孔隙含量豐富、孔徑分布范圍非常寬等。雖然現(xiàn)代混凝土與常見沉積巖的孔隙率差不多,但前者的水分滲透率常常比后者低2~4個數(shù)量級。實際上,混凝土是由無定形C—S—H凝膠膠結(jié)形成的顆粒堆積多孔材料,而沉積巖是由成巖礦物膠結(jié)而成的多孔材料,兩者存在本質(zhì)差異,但這并沒有得到理論界與工程界的足夠重視。

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冠力科技磁共振微結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)



水泥基材料幾乎所有性能均與孔和水密切相關(guān),對其孔結(jié)構(gòu)和含水量影響的相關(guān)認知是體積穩(wěn)定性與耐久性相關(guān)理論研究和技術(shù)開發(fā)的重要基礎。然而,現(xiàn)有經(jīng)典理論無法解釋多個與孔和水有關(guān)的異常行為,如理論上應該相等的水分滲透率為何比其他流體低2~3個數(shù)量級?水蒸氣吸附比表面積為何比氮氣等大10倍左右?受與水有關(guān)異常性能及孔結(jié)構(gòu)測試技術(shù)局限性的啟發(fā),考慮到低場磁共振技術(shù)具有原狀、無損、快速、準確表征含水多孔介質(zhì)的能力,借鑒該技術(shù)在油氣儲層巖石分析領(lǐng)域的成功經(jīng)驗,作者嘗試建立適用于水泥基材料的低場磁共振測孔理論與方法,技術(shù)優(yōu)勢獨特。


更重要的是,利用低場磁共振技術(shù)進行測試分析發(fā)現(xiàn),C—S—H凝膠具有干縮濕脹特性,導致納米尺度孔結(jié)構(gòu)隨含水率的變化而動態(tài)變化,呈現(xiàn)出顯著的水敏性。盡管C—S—H凝膠的微結(jié)構(gòu)非常脆弱,但通常依然認為水泥基材料與巖石類似,干燥時從大孔到小孔依次失水且孔結(jié)構(gòu)保持不變,在干燥狀態(tài)下測量所得孔結(jié)構(gòu)具有足夠的代表性。然而,水敏性的發(fā)現(xiàn)推翻了該公理假設,不但能定性地解釋水泥基材料與水有關(guān)性能存在的多個異?,F(xiàn)象,還能定量地解釋水分與氣體滲透率相差2~3個數(shù)量級的異常現(xiàn)象,同時準確地描述偏離根號時間線性規(guī)律的長期毛細吸水過程和等溫干燥過程。水敏性理論將為水泥基材料科學研究提供新視角與新思路,而低場磁共振測試技術(shù)也將為水泥基材料測試分析提供技術(shù)支撐。


該書系統(tǒng)闡述適用于水泥基材料的低場磁共振測試技術(shù),介紹并全面論述水敏性理論,注重物理概念的解析和物理過程的數(shù)學描述,特色鮮明,可為水泥基材料測試分析提供技術(shù)支撐,并為相關(guān)理論研究與技術(shù)開發(fā)提供指導,適合土木工程及無機非金屬材料專業(yè)高年級本科生、研究生及科研人員參考。





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